Алессандра Амбросио родилась 11 апреля 1981 года в бразильском городе Эриксима. Семья девушки имеет польские и итальянские корни. Кроме Алессандры родители воспитывали еще одну дочь — Алин Амбросио, которая в будущем также стала моделью.
Когда девочке было всего восемь лет, она твердо решила, что обязательно станет моделью. Алессандра увидела на обложке журнала лицо Карен Мюльдер и пообещала всем, что и ее фотография будет украшать модные издания. В то время у Амбросио был небольшой недостаток, мешавший ей стать манекенщицей — оттопыренные уши. И когда малышке исполнилось одиннадцать лет, этот недостаток исправили хирургическим вмешательством. Однако через два года у нее возникли серьезные послеоперационные осложнения.
В двенадцать лет Алессандра Амбросио начала обучение в школе моделей в Бразилии. В 1996 году девушка приняла участие в бразильском конкурсе «Elite’s Look», после которого она заключила контракт с «Elite Model Management». Первой крупной работой Алессандры Амбросио в качестве модели стали съемки для журнала «ELLE», ее лицо появилось на обложке бразильского журнала.
Затем последовали съемки в Америке — для рекламной кампании джинсового бренда «Guess». После этой фотосессии карьера Алессандры резко сделала скачок. Модель заметили и предложили сотрудничество с крупнейшими мировыми модными домами: Revlon, Rolex, Giorgio Armani, Calvin Klein, Ralph Lauren,- а также съемки в известном во всем мире Pirelli calendar. Алессандра Амброзио успешно участвовала в показах для Laura Biagiotti, Christian Lacroix, Byblos, Fendi, Issey Miyake, Kenzo, Christian Dior, Nicole Miller, Oscar de la Renta и многих других. Она появлялась на обложках таких журналов, как Capricho, Desfile, Elle, Wallpaper, и Harper’s Bazaar.
В 2000 году Амбросио впервые вышла на подиум для предоставления знаменитого бренда нижнего белья Victoria’s Secret. В 2004 году эта же компания выбрала супермодель для съемок в рекламе дочернего бренда Victoria’s Secret Pink. Тогда же Алессандра совместно с американским брендом пляжной одежды Rosa Chá запустила собственную линию купальников Alessandra Ambrosio by Sais.
Но Амбросио решила не останавливаться только на карьере модели и дизайнера и пошла дальше. Она часто принимала участие в различных телешоу в качестве приглашенной звезды. В 2006 году супермодель снялась в эпизодической роли в двадцать первом фильме про английского агента Джеймса Бонда под названием «Казино Рояль». Фильм являлся дебютом известного британского актера Дэниэла Крэйга в роли агента 007 и довольно успешно рассказал о начальном этапе работы Бонда на службе английской разведки. Режиссером картины выступил Мартин Кэмпбелл, а сценарий был написан лауреатом премии «Оскар» Полом Хаггисом. Также в послужном актерском списке Алессандры Амбросио значились съемки и в одной серии нашумевшего американского сериала «Как я встретил вашу маму».
Не забывала модель все это время и о личной жизни. Алессандра несколько лет встречалась с американским актером Джейсоном Ли, а до этого ее пассией был коллега по модельному бизнесу Марсело Болдрини. В начале 2008 года Амбросио на время покинула подиум и объявила, что она и ее бойфренд Джейми Мазура ждут первенца. 24 августа 2008 года Алессандра родила дочь, которую назвали Аня Луиза Амбросио МаЗур. Уже через несколько месяцев после родов девушка вернула прежнюю физическую форму и участвовала в показе нижнего белья от Victoria’s Secret.